Los polímeros covalentes de doble hélice, que son colecciones en espiral de los bloques de construcción de la naturaleza, son fundamentales para la vida misma y, sin embargo, a pesar de décadas de investigación, los científicos nunca han podido sintetizarlos en su totalidad como sus hermanos no helicoidales.
Ahora, científicos de la Universidad de Colorado Boulder, han descifrado el código, y han creado versiones sintéticas, por primera vez, de estas grandes moléculas similares al ADN.
Utilizando la química dinámica covalente, una herramienta química de la que fueron pioneros estos investigadores, se centra en las interacciones de enlace reversible con capacidades de autocorrección, no solo pudieron construir un polímero covalente helicoidal que rivaliza con la sofisticación de los que se encuentran en la naturaleza, sino que también confirman su existencia, con absoluta certeza, utilizando la difracción de rayos X de monocristal (esto es una forma poderosa y no destructiva de caracterizar los monocristales usando luz).
Anteriormente, los científicos solo podían resolver partes individuales del rompecabezas. Sin embargo, este nuevo descubrimiento publicado la semana pasada en Nature Chemistry lo completa, abriendo potencialmente este campo crítico y poco estudiado a nuevas investigaciones que podrían tener implicaciones en todo, desde la creación de enzimas artificiales, que ya ha tenido éxito en varias aplicaciones médicas, hasta la creación de materiales biomiméticos (materiales que imitan los procesos que se encuentran en la naturaleza).
"La gente rara vez puede ver lo que realmente está sucediendo en los polímeros sintéticos en términos de ubicaciones espaciales de átomos, interacciones entre cadenas, cómo se unen, cómo se entrelazan y enrollan a nivel atómico", dijo Wei Zhang, autor del estudio y profesor de química en CU Boulder. "Con los monocristales, sin embargo, realmente podemos visualizar experimentalmente el átomo, los enlaces, cómo interactúan y el tiempo de esto. Es por eso que obtener la estructura monocristalina de un polímero es muy, muy importante".
Los polímeros son sustancias o materiales formados por la acumulación de muchas unidades similares más pequeñas (como glucosa y aminoácidos) que se unen de forma natural o sintética. Los polímeros naturales pueden incluir seda, lana, ADN, proteínas, enzimas y celulosa, mientras que los polímeros sintéticos son fabricados por científicos o ingenieros e incluyen materiales como plásticos.
Los polímeros sintéticos vienen en muchas formas dependiendo de su construcción, ya sean lineales o helicoidales, el número de hebras y la longitud de las hebras. De ellos, los polímeros helicoidales han sido los más difíciles de replicar sintéticamente para los científicos, siendo el bicatenario el más difícil de todos, hasta ahora limitado solo a oligómeros helicoidales cortos (un polímero con muy pocas unidades repetidas).
Zhang y sus colegas pudieron utilizar una herramienta química en la que fueron pioneros, la química dinámica covalente, para construir un polímero helicoidal covalente similar al ADN. Cuando hicieron eso, la molécula grande no fue lo único que descubrieron.
"Fue una agradable sorpresa", comentó Zhang. "Al final de la reacción, cuando notamos que había algunos cristales individuales brillantes en el fondo del recipiente de reacción, nos emocionamos. Dijimos," ¡Guau! De acuerdo, démosle una oportunidad (difracción de rayos X). "Obtener un solo cristal de un polímero es extremadamente raro". Usando difracción de rayos X de sincrotrón monocristalino, los investigadores pudieron confirmar, sin lugar a dudas, que habían creado lo que antes era imposible.
Este descubrimiento, sin embargo, es solo el comienzo para ellos, así como para este campo crítico de estudio.
Después de sumergirse un poco más en la estructura en sí, los investigadores planean jugar y explorar la estructura en sí, para ver si pueden hacer que los cristales sean más grandes (en este momento son bastante pequeños) y si pueden controlar su naturaleza espiral del polímero, podría tener amplias implicaciones para la catálisis (proceso de reacción química que utiliza catalizadores), la transducción de señales (cómo se envían las señales a través de la celda) y las aplicaciones de detección.
"Hay mucho trabajo de diseño racional, síntesis, relación estructura-propiedad que tenemos que hacer", dijo Zhang. "En última instancia, queremos demostrar que esta es una plataforma muy poderosa para el diseño inteligente de materiales biomiméticos". (Fuente: PHYS.org)